A sejtek tömegének legnagyobb részét, átlagosan 65-80 %-át a víz teszi ki. A vizet az élet molekulájának is nevezik, hiszen a sejteket felépítő, magasan szervezett anyagi rendszerek kémiailag vizes oldatok. A víz dipólus jellegének és hidrogénkötés képzési hajlamának köszönhetően számos poláris - szerves és szervetlen - vegyület oldószere. A hidrogénkötések kialakulása miatt a vizes oldatok belső szerkezete bizonyos mértékű rendezettséget mutat. A víz nemcsak közeget teremt a sejtekben lejátszódó biokémiai átalakulásoknak, hanem fontos reakciópartner is, gondoljunk csak a fotoszintézis folyamatára vagy a makromolekulák hidrolízisére az emésztés során. Végül, de nem utolsósorban a víznek nagy fajlagos hőkapacitása miatt hőmérséklet-kiegyenlítő szerepe van.

Összetevő	Prokarióta sejt (baktérium)	Eukarióta sejt (emlős)
Víz	70	70
Ásványi sók	1	1
Fehérjék	15	18
RNS	6	1,1
DNS	1	0,25
Foszfolipidek	2	4
Egyéb lipidek	-	2
Poliszacharidok	2	2
Egyéb anyagok	3	2
A sejt térfogata	2 x 10–12  cm3	4 x 10–9  cm3

A különböző vegyületek aránya a sejtekben

Az adatok a sejtek tömegszázalékos (g /100 g) összetételét jelentik. A táblázatból kiolvasható, hogy a sejtekben kiugróan magas a víz, valamint a szerves vegyületek közül a fehérjék aránya. Jelentős eltérés van a két sejttípus foszfolipid tartalmában, ami a biológiai membránok eltérő arányára utal.

A sejtek tömegének 20-25%-át a szerves vegyületek, 5%-át pedig a szervetlen sók adják. A szerves anyagok közül a szénhidrátok és a lipidek elsősorban energiaszolgáltatók, míg a fehérjék és a nukleinsavak a sejtek anyagcsere-folyamatait irányítják. Az eltérő funkció a két vegyületcsoport kémiai felépítésében is tetten érhető. A fehérjék és a nukleinsavak molekulái változatosak, fajra, sőt egyedre is jellemző szerkezetűek. A szénhidrátok és a lipidek kevésbé változatosak, molekuláik a legtöbb élőlény sejtjeiben hasonlóak.

Szénhidrátok

A szénhidrátok C-, H-, O- tartalmú vegyületek. Az egyszerű szénhidrátok (monoszacharidok) egyetlen cukormolekulából állnak. Funkciós csoportjuk - az alkoholos hidroxilcsoport mellett - aldehid- (az aldózokban) vagy ketocsoport (a ketózokban). A leggyakoribb monoszacharid, a szőlőcukor, más néven glükóz molekuláiban hat szénatom található (hexóz). A glükóz a sejtek legfontosabb energiaszolgáltató vegyülete, a fotoszintézis elsődleges terméke. A legédesebb természetes monoszacharid, a gyümölcscukor (fruktóz) szintén a hexózok közé tartozik. Az öt szénatomos monoszacharidok (pentózok) közül a ribóz és a dezoxiribóz a nukleinsavak felépítésében vesznek részt.

Az összetett szénhidrátok két vagy több molekula összekapcsolódásával keletkeznek víz kilépése közben. A diszacharidok, köztük a maltóz és a szacharóz két cukoregységből állnak. A poliszacharidok több száz, illetve több ezer cukormolekulából képződnek. A keményítő a növények, a glikogén az állatok és a gombák raktározott tápanyaga. A kémiailag igen ellenálló cellulóz a növények sejtfalát építi fel. Az ízeltlábúak szilárd vázát alkotó kitin szintén a poliszacharidok közé tartozik, de a szén, a hidrogén és az oxigén mellett nitrogént is tartalmaz.

Lipidek

A lipidek közé nagyon eltérő kémiai szerkezetű vegyületek tartoznak. Közös sajátságuk, hogy mindegyikük oldódik apoláris oldószerekben. A neutrális zsírok, amelyek kémiailag trigliceridek, főleg raktározott tápanyagok. A foszfolipidek (foszfatidok) elsősorban a biológiai határolófelületek, membránok kialakításában vesznek részt. A karotinoidok között növényi színanyagokat (karotin és xantofill) és vitaminokat (A-vitamin) is találunk. A szteroidok szteránvázas vegyületek, amelyek közt vannak vitaminok (D-vitamin), az életműködéseket szabályozó hormonok (az ivarmirigyek hormonjai), de közéjük tartoznak a zsírok emésztésében fontos epesavak is.

Fehérjék

A fehérjék C-, H-, O-, N- és S-tartalmú makromolekulák. Alkotóegységeik α-aminosavak, amelyek peptidkötésekkel kapcsolódnak egymáshoz víz kilépése közben. Változatosságuk a felépítésükben részt vevő 20 különböző aminosav eltérő arányának és kapcsolódási sorrendjének köszönhető. Az egyszerű fehérjék (proteinek) az aminosavegységeken kívül más alkotórészt nem tartalmaznak, vagyis polipeptidek. Az összetett fehérjékben (proteidek) a polipeptidlánc mellett valamilyen más, nem fehérjeszerkezetű alkotórész is van: koenzim vagy prosztetikus csoport. A koenzimek lazán kötődnek a polipeptidlánchoz, ezért könnyen leválaszthatók róla. A prosztetikus csoportok viszont csak a fehérjemolekula roncsolásával távolíthatók el.

Egy polipeptidlánc sajátságait, térbeli szerkezetét az határozza meg, hogy a felépítésében részt vevő aminosavak milyen sorrendben kapcsolódnak egymáshoz. Ezért az aminosavak kapcsolódási sorrendjét a fehérjék elsődleges szerkezetének nevezzük. A kizárólag α-aminosavakból álló polipeptidláncokban a peptidkötések távolsága állandó, és közöttük hidrogénkötések alakulhatnak ki. A peptidkötések között létrejövő hidrogénkötések rögzítik a fehérjék másodlagos szerkezetét. A hosszabb oldalláncú aminosavakból felépülő polipeptidrészletek leggyakrabban α-hélixbe, a rövidebb oldalláncúak pedig β-lemezbe rendeződnek. Az aminosavegységek oldalláncai között kialakuló első-és másodrendű kötések rögzítik a fehérjemolekula harmadlagos szerkezetét. Két vagy több polipeptidlánc összekapcsolódása jelenti a fehérjék negyedleges szerkezetét. A negyedleges szerkezetben összekapcsolódó polipeptid-molekulákat a fehérje alegységeinek nevezzük. 

Az apoláris jellegű oldalláncok között diszperziós, a gyengén polárisak között dipol-dipol kölcsönhatás jöhet létre. Ha erősebben poláris, de semleges oldalláncok kerülnek egymás közelébe, akkor hidrogénkötés alakulhat ki. A savas és a bázikus jellegű csoportok ionkötést létesíthetnek egymással. Két cisztein oldalláncának redukciójával diszulfidhíd is rögzítheti a fehérjemolekula szerkezetét:

A fehérjéket térszerkezetük alapján két nagy csoportba soroljuk. A fibrilláris fehérjék szálas, rostos szerkezetű, vízben nem oldódó anyagok, amelyek szerkezeti egységeket alakítanak ki. Felépítésükben vagy csak α-hélixbe, vagy csak β-lemezbe rendeződött polipeptidláncok vesznek részt. Ilyen például a hernyóselymet alkotó fibroin és a szaru anyagát adó keratin. A globuláris fehérjék vízben oldódó, gombolyagszerű molekuláiban α-hélix és β-lemez részletek váltakoznak, a kétféle struktúrát látszólag szabálytalan szakaszok kötik össze. A globuláris fehérjék makromolekulák, amelyek méretüknél fogva kolloid oldatot képeznek. Vizes közegben a molekulák felszíne poláris, belsejébe pedig főképp apoláris oldalláncok kerülnek. Térszerkezetük bizonyos hatásokra, például a hőmérséklet, a pH vagy az ionkoncentráció változására könnyen módosul. Döntő többségük a biokémiai átalakulásokat irányító biológiai katalizátor, más szóval enzim.

Nukleinsavak

A nukleinsavak a sejtek információtároló és -közvetítő vegyületei, nukleotidegységek összekapcsolódásával létrejövő makromolekulák.

A ribonukleinsavakat (RNS) felépítő nukleotidokban a ribóz első szénatomjához kapcsolódó szerves bázis adenin (A), guanin (G), citozin (C) és uracil (U) lehet. Az adenin és a guanin nagyobb méretű, purinbázisok, míg a citozin és az uracil kisebb méretű, pirimidinbázisok. A ribonukleinsavak molekuláit mindig egyetlen polinukleotid-lánc alkotja, amelynek térszerkezetét a nukleotidok kapcsolódási sorrendje határozza meg. A molekula gerincét alkotó ribóz-foszfát-láncon egymástól egyenlő távolságban sorakoznak a bázisok, az RNS-molekulák közötti különbséget végső soron a bázissorrend jelenti. A szabadon álló bázisok miatt az RNS-molekulák reakcióképesek, kémiai szerkezetük könnyen módosul.

A dezoxiribonukleinsav (DNS) nukleotidjaiban dezoxiribóz található, a szerves bázisok között pedig nincs uracil, hanem egy másik pirimidinbázis, a timin (T) fordul elő. A DNS-molekulák két polinukleotid-láncból állnak, amelyek egymás mellett feltekeredve jellegzetes kettőshélix-szerkezetet alkotnak. A kettős hélixben a két polinukleotid-lánc távolsága állandó, és a szerves bázisok a hélix belsejében rejtőznek. A két láncot a bázisok között kialakuló hidrogénkötések tartják össze. A bázispárok kialakulása szigorú szabályok szerint történik: a nagyobb méretű purinbázissal szemben csak kisebb méretű pirimidinbázis állhat, ezen belül az adenin és a timin között kettő (A=T), a guanin és a citozin között három hidrogénkötés (G≡C) jöhet létre. A DNS-molekulák között is a bázisok kapcsolódási sorrendje jelenti a különbséget. A kettőshélix-szerkezetnek köszönhetően a DNS kémiailag meglehetősen ellenálló, kevéssé reakcióképes vegyület, ami összhangban van szerepével, vagyis azzal, hogy tárolja a sejtműködésre vonatkozó információkat. Ugyanakkor a kettőshélix-szerkezet magában rejti a megkettőződés lehetőségét, és ezzel az információ átadását, átörökítését a sejtosztódás során.

A DNS-molekulában a szerves bázisok a hélix belsejében találhatók, reakcióképes molekularészleteiket pedig a hidrogénkötések "semlegesítik". Emellett a DNS dezoxiribózában a 2. szénatomhoz csak hidrogénatom kapcsolódik, ami - a ribóz OH-csoportjával ellentétben - kevéssé reakcióképes. A szabályos bázispárképzésből következik, hogy egy DNS-molekulában megegyezik a purin- és a pirimidinbázisok (A+G=C+T), ezen belül pedig az adenin és a timin, illetve a citozin és a guanin anyagmennyisége. Az egyfonalas RNS-molekulákban a polinukleotid-láncon belül is kialakulhatnak bázispárok, ha a lánc önmaga mellett visszahajlik. Az adenin és az uracil között kettő (A=U), a guanin és a citozin között pedig három (G≡C) hidrogénkötés jön létre. A nukleinsavak a legnagyobb méretű természetes makromolekulák. A ribonukleinsavak átlagosan 80-3000 nukleotidegységből állnak, relatív molekulatömegük 25 000-1 000 000. A DNS-molekulák több millió nukleotidból épülhetnek fel, relatív molekulatömegük pedig meghaladhatja az 1 milliárdot.